KR101333067B1 - 레이저 광을 라인 빔으로서 성형하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

레이저 광을 라인 빔으로서 성형하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

불완전하며, 비평면인 표면을 가질 수도 있는 박막과의 상호 작용을 위한 라인 빔으로서 레이저 광을 성형하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 시스템은 에지를 형성하는 빔 조리개; 박막 표면 상의 선택된 점과 기준 평면 사이의 거리를 측정하고 상기 측정된 거리를 나타내는 신호를 생성하는 센서; 및 상기 빔 조리개와 결합되며 상기 신호에 응답하여 빔 조리개 에지의 일부를 이동시키기 위한 액추에이터를 포함할 수 있다. 빔 조리개 에지 부분의 이동은, 상기 박막의 표면 프로파일에 보다 가깝게 일치하는 라인 빔을 형성하기 위하여, 포커싱된 라인 빔의 대응하는 부분을 상기 기준 평면에 수직한 방향으로 시프트시킨다.

Description

레이저 광을 라인 빔으로서 성형하기 위한 시스템 및 방법{Systems and methods to shape laserlight as a line beam}
본 발명은 레이저 광을 라인 빔으로서 성형하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 라인 빔으로서 성형된 레이저 광의 사용은, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 박막 트랜지스터(TFT)를 제조하기 위한 목적으로, 비정질 실리콘 박막을 용융시켜 상기 용융된 부분의 재 고상화(resolidification)을 통한 상기 박막의 결정화를 유도하는 것을 포함할 수 있다.
기판, 예컨대 유리 위에 형성되어 있는 비정질 실리콘 박막의 레이저 결정화는 상대적으로 높은 전자 이동도를 갖는 재료 박막의 제조를 보장하는 기술을 대표한다. 일단 결정화되면, 그 후에 이 재료는 박막 트랜지스터(TFT), 한 특정한 응용예에서, 상대적으로 큰 액정 디스플레이(LCD)에 사용되기에 적당한 TFT를 제조하는데 사용될 수 있다. 결정화된 실리콘 박막에 대한 다른 응용예는 유기 LED(OLED), SOP(System on Panel), 플렉서블 전자기기 및 광전지들을 포함할 수 있다. 보다 정량적인 면에 있어서, 약 90nm 두께와 약 700mm 또는 그 이상의 폭을 갖는 박막을 빠르게 결정화할 수 있는 대규모 제조 시스템이 가까운 장래에 상업적으로 이용 가능할 수도 있다.
레이저 결정화는 라인 빔의 형태로 광학적으로 성형된 펄스 레이저 광, 예컨대 단축인 제 1 축으로 포커싱되고 장축인 제 2 축으로 확장된 레이저 광을 사용하여 수행될 수 있다. 통상적으로, 제 1 및 제 2 축들은 상호 직교하며 두 축들은 박막을 향해 진행하는 중심 광선에 대략적으로 직교한다. 레이저 결정화를 위한 예시적인 라인 빔은 약 20 마이크론보다 작은, 예컨대 3-4 마이크론의 박막 상에서의 빔폭과 약 700mm의 빔 길이를 가질 수 있다. 이러한 장치로, 예컨대 900mm 또는 그 이상의 실질적인 길이를 갖는 박막을 차례로 용융시키고 이어서 결정화하기 위하여 상기 박막은 빔폭에 평행한 방향으로 스캐닝되거나 스테핑된다.
몇몇의 경우, 예컨대 연속 측방 고상법(sequential lateral solidification) 공정에서, 단축을 따라 상대적으로 균일하고 단축 에지에서 예리하게 급감하는 강도를 갖는 빔(즉, 상대적으로 가파른 단축 측벽을 갖는 빔)을 이용하여 실리콘 박막이 노광되는 것을 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 더욱 상세하게는, 뒤따라 오는 단축 에지에서 가파른 측벽을 확보하는 것의 실패는, 인접하는 펄스들 사이의 불충분한 중첩으로 인하여 단축 에지 근처의 새로운 결정립(grain)들의 바람직하지 않은 결정 품질의 원인이 될 수 있다. 또한, 몇몇 구현예들에 있어서, 표면 변화를 감소시키고 더욱 일정한 측방 성장을 제공하기 위하여, 앞서 가는 단축 에지에서 가파른 측벽을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 형태를 얻기 위한 한 가지 방법은, 장축 방향으로 정렬된 긴 슬릿으로서 형태가 형성된 단축 조리개, 예컨대 필드 조리개(field stop)로 레이저를 포커싱하는 것이다. 그런 후, 박막 위에 상기 단축 조리개의 이미지를 형성하기 위하여 광학기기가 사용될 수 있다. 이러한 장치 로, 상대적으로 가파른 단축 측벽들을 갖는 빔을 얻을 수 있다. 위에서 고려된 수치들, 예컨대 20 마이크론보다 작은 박막 상에서의 빔폭을 위해, 상기 단축 조리개의 크기를 상대적으로 공차에 가깝게 조절하는 것이 중요할 수 있다.
몇몇의 경우에, 용융을 하는 동안 미리 선택된 에너지 밀도 범위 내에서 제어되는 평균 레이저 에너지 밀도로 실리콘 박막의 각각의 부분이 노광되는 것을 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 미리 선택된 범위 내에서의 에너지 밀도의 제어는 통상적으로 상기 성형된 라인 빔을 따른 위치들에 대해 요구되며, 상기 라인 빔이 실리콘 박막에 대해 스캐닝될 때 다소 일정한 에너지 밀도가 요구된다. 높은 에너지 밀도 레벨은 상기 박막을 흐르게 하여 바람직하지 않은 "얇은 점들", 평평하지 않은 표면 프로파일 및 조악한 결정립 품질을 초래할 수도 있다. 박막 재료의 이러한 고르지 않은 분포는 종종 "뭉침(agglomeration)"이라고 불리며, 특정한 응용예에는 적당하지 않은 결정화된 박막을 만들 수 있다. 한편, 낮은 에너지 밀도 레벨은 불완전한 용융을 초래할 수 있으며 그 결과 조악한 결정립 품질의 원인이 된다. 에너지 밀도를 제어함으로써, 실질적으로 균질한 특성들을 갖는 박막이 성취될 수 있다.
노광된 박막 내의 에너지 밀도에 영향을 줄 수 있는 한 가지 요인은 펄스 레이저의 초점 깊이(DOF; depth of focus)에 대한 상기 박막의 공간적인 관계이다. 이러한 DOF는 포커싱 렌즈에 따라 다르지만, 20 마이크론의 빔폭을 갖는 라인 빔을 형성하도록 구성된 통상적인 렌즈 시스템에 대해, DOF의 우수한 근사값은 약 20 마이크론일 수 있다.
위와 같은 점을 염두에 둘 때, 레이저의 DOF 내에 완전히 있는 실리콘 박막의 부분이 레이저의 DOF 내에 단지 부분적으로만 있는 실리콘 박막의 부분과 박막 두께를 통과하는 상이한 평균 에너지 밀도를 경험할 것이라는 점을 예상할 수 있을 것이다. 따라서, 실리콘 박막, 유리 기판, 및 상기 유리 기판을 고정하는 진공 척(chuck) 표면의 표면 변화들은, 비록 수 마이크론 정도의 작은 변화들이라도, 그것이 고려되지 않는다면, 한 박막 위치에서 다른 위치로 평균 에너지 밀도에 있어서 원하지 않는 변화들을 초래할 수 있다. 더욱이, 비록 제어된 제조 조건 하에서도, 전체적인 표면 변화들(즉, 진공 척 + 유리 기판 + 박막)은 약 35 마이크론이 될 수 있다. 이러한 표면 변화들은 단지 약 20 마이크론의 DOF를 갖는 포커싱된 얇은 빔에 대해 특히 문제가 될 수 있다는 점을 예상할 수 있을 것이다.
위에서 지적한 바와 같이, 몇몇 구현예들에 대해, 소망하는 빔은 상대적으로 예리한 측벽 경사를 갖는, 상대적으로 평평한 소위 "탑햇(tophat)" 타입의, 박막 상에서의 강도 프로파일을 가질 것이다. 이러한 형태를 성취하기 위해서는, 박막 상에서의 예리한 측벽과 슬릿의 우수한 재생을 얻기 위해 단축 조리개(앞선 설명 참조)와 박막 사이에 상대적으로 큰 개구수(NA)의 광학 시스템을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 광학 시스템의 개구수를 증가시키는 것은 통상적으로 필드 깊이의 비례하는 감소를 초래한다. 따라서, 더 높은 NA의 광학 시스템의 사용을 허용하기 위해 상대적으로 큰 DOF에 대한 시스템의 의존성을 감소시키는 것이 바람직할 수 있을 것이며, 이는 박막 상에서의 보다 우수한 강도 프로파일 형태를 제공할 수도 있다.
위와 같은 점을 염두에 두고, 본 출원인은 기판 위에 형성된 박막과 성형된 라인 빔 사이의 상호 작용을 구현하기 위한 시스템 및 방법을 개시한다.
불완전하며, 비평면인 표면을 가질 수도 있는 박막과의 상호 작용을 위한 라인 빔으로서 레이저 광을 성형하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예의 한 유형에 있어서, 상기 시스템은 에지를 형성하는 빔 조리개를 포함할 수 있다. 상기 시스템의 경우, 박막 표면 상의 선택된 점과 기준 평면 사이의 거리를 측정하고 상기 측정된 거리를 나타내는 신호를 생성하는 센서가 제공될 수 있다. 상기 빔 조리개와 결합되며 상기 신호에 응답하여 빔 조리개 에지의 일부를 이동시키는 액추에이터가 제공될 수 있다. 빔 조리개 에지 부분의 이동은, 상기 박막의 표면 프로파일에 보다 가깝게 일치하는 라인 빔을 형성하기 위하여, 포커싱된 라인 빔의 대응하는 부분을 상기 기준 평면에 수직한 방향으로 시프트시킨다.
상기 시스템의 특정 실시예에 있어서, 상기 빔 조리개는 빔 조리개 에지를 함께 형성하는 독립적으로 이동 가능한 복수의 빔 조리개 세그먼트들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예의 경우, 상기 시스템은 복수의 센서들을 포함할 수 있으며, 각각의 센서는 박막 표면 상의 각각의 점과 기준 평면 사이의 거리를 측정한다. 그런 후, 각각의 센서는 측정 거리를 나타내는 각각의 신호를 생성한다. 추가적으로, 상기 시스템은 복수의 액추에이터들을 포함할 수 있으며, 각각의 액추에이터는 각각의 빔 조리개 세그먼트와 결합되며 각각의 센서로부터의 신호에 응답한다. 이러한 배치로, 각각의 액추에이터는 빔 조리개 에지의 일부를 이동시킴으로써 상기 포커싱된 라인 빔의 대응하는 부분을 기준 평면에 수직한 방향으로 시프트 시킬 수 있다.
다른 유형에 있어서, 한 쌍의 빔 조리개를 가지며, 상기 두 개의 빔 조리개 사이에 슬릿을 형성하기 위하여 제 1 빔 조리개의 에지가 제 2 빔 조리개의 에지와 떨어져 있는 시스템이 제공된다. 상기 빔 조리개들 중 하나 또는 전부는 거리 측정 센서로부터의 신호에 응답하여 빔 조리개들의 일부(들)을 이동시키기 위해 하나 또는 그 이상의 액추에이터들과 결합될 수 있다. 박막 위에 상기 슬릿의 이미지를 형성하기 위한 포커싱 광학기기가 또한 제공될 수 있다.
도 1은 비정질 실리콘 박막을 결정화하기 위한 예시적인 제조 시스템의 주요한 구성들에 대한 개략도를 도시한다.
도 2는 빔 균질화, 빔 성형 및/또는 빔 포커싱을 위한 광학 모듈에 대한 개략도를 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 시스템의 일부에 대한 사시도를 도시한다.
도 4는 세그먼트로 분할된, 한 쌍의 단축 빔 조리개들의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 5는 세그먼트들 중 두 개가 액추에이터에 의해 이동된 후에 도시된, 분할된 단축 빔 조리개의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 6은 세그먼트들로 분할되지 않은 단축 빔 조리개의 개략적인 사시도를 도시한다.
도 7은 장축 방향으로 상대적으로 곧은 초점 깊이(DOF)를 갖는 라인 빔을 도시한다.
도 8은 장축 방향으로 시프트된(즉, 곧지 않은) 부분을 포함하는 초점 깊이(DOF)를 갖는 라인 빔을 도시한다.
우선 도 1을 참조하면, 비정질 실리콘 박막(12)을 결정화하기 위한 제조 시시스템, 일반적으로 칭하여 시스템(10)의 주요한 구성들의 개략적인, 비규격 축척인 도면이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 시스템(10)은 펄스 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저 소스(20), 펄스 지속 시간을 증가시키기 위한 펄스 스트레처(22) 및 상기 빔을 능동적으로 제어하기 위한 장치 및/또는 능동형 빔 확장기를 구비할 수 있는 빔 전달 유닛(24)을 포함할 수 있다.
개괄적으로, 레이저 소스(20)는 전력발진기(power oscillator) 및 전력증폭기(power amplifier)를 구비하는 두 개의 챔버 레이저(chamber laser)일 수 있으며, 따라서 소위 POPA 레이저 소스라고 종종 불린다. 위에서 언급한 결정화 공정의 한 구현예에 있어서, 대략적으로 150mJ의 펄스 에너지를 갖는 6Khz(초 당 6000 펄스) POPA 레이저가 사용될 수 있다. 이러한 장치로, 730mm×920mm의 박막이 (60 퍼센트의 중첩으로) 약 75초 내에 처리될 수 있다. 상기 전력발진기와 전력증폭기 각각은, 도시되지는 않았지만, 두 개의 긴 전극, 적절한 레이저 가스, 예컨대 XeCl, XeF, 상기 전극들 사이로 상기 가스를 순환시키기 위한 접선 방향의 팬 및 하나 또는 그 이상의 수냉식 핀 열교환기(finned heat exchanger)들을 담고 있을 수 있는 방전 챔버(discharge chamber)를 포함한다.
고체 레이저, 하나의 챔버를 갖는 엑시머 레이저, 두 개 이상의 챔버, 예컨대 하나의 발진 챔버 및 두 개의 증폭 챔버(상기 증폭 챔버는 병렬 또는 직렬로 연결)를 갖는 엑시머 레이저, 또는 하나 또는 그 이상의 엑시머 증폭 챔버를 갖는 고체 레이저를 포함하는 다른 타입의 레이저 소스들도 상기 시스템(10)에 사용될 수 있다는 점을 예상할 수 있다. 두 개의 챔버, 가스 방전(gas discharge), 펄스 레이저 소스(20)에 대한 더 상세한 내용은, "CONTROL SYSTEM FOR A TWO CHAMBER GAS DISCHARGE LASER"라는 명칭으로 2003년 7월 30일에 출원된 미국출원 제10/631,349호, "AUTOMATIC GAS CONTROL SYSTEM FOR A GAS DISCHARGE LASER"라는 명칭으로 2003년 1월 31일에 출원된 미국출원 제10/356,168호, "METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING THE OUTPUT OF A GAS DISCHARGE MOPA LASER SYSTEM"라는 명칭으로 2003년 12월 18일에 출원된 미국출원 제10/740,659호, "GAS DISCHARGE MOPA LASER SPECTRAL ANALYSIS MODULE"라는 명칭으로 2003년 9월 30일에 출원된 미국출원 제10/676,907호, "OPTICAL MOUNTINGS FOR GAS DISCHARGE MOPA LASER SPECTRAL ANALYSIS MODULE"라는 명칭으로 2003년 9월 30일에 출원된 미국출원 제10/676,224호, "GAS DISCHARGE MOPA LASER SPECTRAL ANALYSIS MODULE"라는 명칭으로 2003년 9월 30일에 출원된 미국출원 제10/676,175호, "CONTROL SYSTEM FOR A TWO CHAMBER GAS DISCHARGE LASER"라는 명칭으로 2003년 7월 30일에 출원된 미국출원 제10/631,349호, "VERY NARROW BAND, TWO CHAMBER, HIGH REP-RATE GAS DISCHARGE LASER"라는 명칭으로 2003년 7월 24일에 출원된 미국출원 제10/627,215호, "METHOD AND APPARATUS FOR COOLING MAGNETIC CIRCUIT ELEMENTS"라는 명칭으로 2003년 6월 25일에 출원된 미국출원 제10/607,407호, "TIMING CONTROL FOR TWO-CHAMBER GAS DISCHARGE LASER SYSTEM"라는 명칭으로 2004년 8월 20일에 출원된 미국출원 제10/922,692호, 미국특허 제6,625,191호 "HIGH REP RATE MOPA LASER SYSTEM", 미국특허 제6,567,450호 "BASIC MODULAR MOPA LASER SYSTEM"에서 찾을 수 있으며, 상기 문헌들에서 개시된 내용들은 여기서 참조에 의해 통합된다.
계속해서 도 1을 참조하면, 상기 시스템(10)은 하나 이상의 빔 특성들, 예컨대 파면 및/또는 빔 포인팅(beam pointing)을 측정하여 능동형 제어 유닛 및/또는 능동형 빔 확장기에 의한 사용을 위해 제어 신호들을 생성하는 안정화 측정 모듈(stabilization metrology module)을 더 포함할 수 있다. 시스템(10)은 또한 빔 균질화, 빔 성형 및/또는 빔 포커싱을 위한 광학 모듈(28) 및 예컨대 유리(glass)일 수 있는 기판(32) 위에 형성되어 있는 실리콘 박막(12)을 고정하고 위치 설정하는 이동식 스테이지 시스템(30)을 포함할 수 있다. 상기 유리와 실리콘 박막 사이에는 버퍼 재료의 층(도시되지 않음)이 개재될 수도 있다.
개괄적으로, 도 1에 도시되고 이하에서 더욱 상세하게 설명될 시스템(10)은 포커싱된 얇은 빔(34), 예컨대 약 20 마이크론 또는 그 이하, 예컨대 3-4 마이크론의 박막(12) 상에서의 폭(단축)과, 700mm 또는 그 이상의 길이(장축) 및 약 ±30 내지 50 마이크론의 초점 깊이(DOF)를 갖는 라인 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 포커싱된 얇은 빔의 각각의 펄스가 비정질 실리콘의 띠(strip)를 용융시키는데 사용될 수 있으며, 펄스의 종료 후에, 상기 용융된 띠가 결정화된다. 특히, 상 기 용융된 띠는, 결정립들이 단축에 평행한 방향으로 성장하는 측방 성장 공정으로 결정화된다. 결정립들은 양쪽 에지에서부터 (단축에 평행하게) 안쪽으로 성장하며 실리콘 박막의 평면으로부터 연장되는 상기 띠의 중심을 따라 리지(ridge)(소위 입계 돌기(grain boundary protrusion))를 형성하며 만난다. 그런 후, 스테이지가 점진적으로 또는 연속적으로 이동하여, 제 1 띠와 평행하며 제 1 띠의 일부와 중첩하는 제 2 띠를 노광한다. 노광하는 동안, 제 2 띠는 용융되고 이어서 결정화된다. 상기 리지를 재 용융시키기에 충분한 중첩이 사용될 수 있다. 리지를 재 용융시킴으로써, 상대적으로 평평한 박막 표면(예컨대, 피크-대-피크(peak-to-peak) 값이 15nm 이하)이 유지될 수 있다. 얇은 빔 지향성 결정화(TDX; thin beam directional crystallization)라고 이하에서 불리는 이러한 공정은 통상적으로 전체 박막이 결정화될 때까지 반복된다.
도 2는 하나의 공통된 빔 경로(42)를 따라 모두 배치되어 있는, 균질화 유닛(36), 서로 대향하는 빔 조리개(38a,38b)를 갖는 단축 성형 유닛, 및 단축 포커싱/장축 확장 광학 유닛(40)을 포함할 수 있는 광학 모듈(28)의 예를 도시하고 있다. 사용될 때, 상기 균질화 유닛(36)은 단축 방향으로 빔을 균질화하는 하나 이상의 광학기기, 예컨대, 렌즈 어레이, 분포 지연 소자(distributed delay device) 등 및 장축 방향으로 빔을 균질화하기 위한 하나 이상의 광학기기, 예컨대, 렌즈 어레이, 분포 지연 소자 등을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 시스템은 하나 이상의 센서들을 또한 포함할 수 있는데, 도시된 실시예의 경우에 세 개의 센서(44a-44c)들이 있으며, 각각의 센 서(44a-44c)는 박막(12)의 표면 상에 있는 각각의 점(46a-46c)과 기준 평면(48) 사이의 거리를 측정하고, 여기서 상기 기준 평면은 예컨대 스테이지 시스템(30)의 표면 또는 그와 평행한 다른 평면(예컨대, 센서(44a-44c)를 포함하는 평면)일 수 있다. 상기 센서(44a-44c)는, 예컨대, 자동 초점 센서(능동형 또는 수동형)이거나 또는 관련 분야에서 공지된 다른 장치일 수 있다. 상기 시스템(10)의 경우, 각각의 센서는 측정 거리를 나타내는 각각의 신호를 생성할 수 있다.
도 3은, 빔이 박막(12)을 향해 경로 상을 진행할 때 상기 레이저 빔을 부분적으로 둘러싸도록 하우징(50)이 제공될 수 있다는 점을 도시한다. 또한 도시된 바와 같이, 상기 센서(44a-44c)들은 장축에 평행한 라인을 따라 위치할 수 있으며 점(46a-46c)들이 레이저 빔에 도달하기 전에 상기 박막 상에 있는 점(46a-46c)들을 측정하도록 위치설정된다. 라인 빔에 대해 상기 박막(12)을 스캐닝 하는 동안 상기 센서(44a-44c)들이 측정을 수행할 수 있다는 점을 예상할 수 있을 것이다. 비록 세 개의 센서(44a-44c)들이 도시되어 있지만, 세 개 이상의 또는 단지 하나의 센서(44)가 사용될 수도 있다는 점을 예상할 수 있을 것이다. 예컨대, 단일한, 이동 가능한 센서(도시되지 않음)가 장축에 평행한 방향으로 전후로 병진 운동하여 장축을 따라 선택된 점들(또는 유효하게는 모든 점들)을 측정할 수 있다.
도 4는 세그먼트로 분할된 한 쌍의 빔 조리개(38a,38b)들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 빔 조리개(38a)는 빔 조리개 에지(54)을 함께 형성하는 세 개의 독립적으로 이동 가능한 빔 조리개 세그먼트(52a-52c)들로 장축을 따라 분할되어 있다. 이와 유사하게, 빔 조리개(38b)는 빔 조리개 에지(58)을 함께 형성하는 세 개 의 독립적으로 이동 가능한 빔 조리개 세그먼트(56a-56c)들로 장축을 따라 분할되어 있다. 도시된 실시예의 경우에, 두 빔 조리개(38a,38b) 사이에 슬릿(60)을 형성하기 위하여 상기 빔 조리개(38a)의 에지(54)는 빔 조리개(38b)의 에지(58)와 단축 방향으로 떨어져 있을 수 있다. 비록 각각의 빔 조리개에 대해 세 개의 세그먼트가 도시되어 있지만, 세 개 이상의 또는 단지 두 개의 세그먼트들이 사용될 수도 있다는 점을 예상할 수 있을 것이다.
도 4는 상기 시스템이 복수의 액추에이터(62a-62f)들을 포함할 수 있다는 점을 추가적으로 도시하고 있는데, 여기서 각각의 액추에이터(62a-62f)는 각각의 빔 조리개 세그먼트(52a-52c,56a-56c)와 결합되어 있으며 (도 3에 표시된 것과 같은) 대응하는 센서(44a-44c)로부터의 신호에 응답한다. 예컨대, 액추에이터(62a)와 액추에이터(62d)는 센서(44c)로부터의 신호에 응답할 수 있으며, 액추에이터(62b)와 액추에이터(62e)는 센서(44b)로부터의 신호에 응답할 수 있고, 액추에이터(62c)와 액추에이터(62f)는 센서(44a)로부터의 신호에 응답할 수 있다.
이러한 구성에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 액추에이터(62d-62f)는 센서(44a-44c)들로부터의 신호들에 응답하여 빔 조리개 에지(58)의 대응하는 세그먼트(56a-56c)를 이동시킬 수 있다(도 2 참조). 상기 세그먼트(56a-56c)들의 이동은 연속적이거나 또는 주기적일 수 있다. 도 6은 세그먼트로 분할되지 않은, 예컨대 한 조각으로 이루어진 또는 모노리식(monolithic)인, 다소 플렉서블한 재료 및/또는 구성으로 이루어진 빔 조리개(38')의 다른 실시예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 빔 조리개(38')의 일부분들이 액추에이터(62a'-62d')들을 통해 선 택적으로 움직일 수 있다.
상기 시스템(10)의 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이, 빔 경로(42)를 따라 진행하는 빔의 일부분(들)은 상기 조리개(38a,38b)에 부딪힐 수 있으며 상기 빔의 일부는 어떠한 조래기(38a,38b)에도 접촉하지 않고 슬릿(60)(도 4 참조)을 통과하여 지나갈 수 있다. 따라서, 상기 조리개(38a,38b)들은 박막(12)에 입사하는 빔을 효과적으로 개구-제한할 수 있다. 빔의 끝 부분의 초과 에너지는, 박막(12)에서가 아닌 조리개(38a,38b)에서 버려질 수 있다. 또한, 유리하게는, 조리개(38a,38b)들의 빔 상류측에 존재하는 어떠한 작은 빔 포인팅 편차도 상기 조리개(38a,38b)에서 감소될 수 있다. 기능적으로, 상기 단축 빔 조리개(38a,38b)들은 흡수식 조리개, 반사식 조리개, 또는 굴절식 조리개일 수 있다. 여기서 사용된 것과 같은, 용어 흡수식 조리개는, 상기 조리개가 반사하고 굴절시키는 입사광의 합보다 더 많은 양의 입사광을 흡수하는 조리개를 의미하며; 용어 반사식 조리개는, 상기 조리개가 흡수하고 굴절시키는 입사광의 합보다 더 많은 양의 입사광을 반사하는 조리개를 의미하고; 용어 굴절식 조리개는, 상기 조리개가 흡수하고 반사시키는 입사광의 합보다 더 많은 양의 입사광을 굴절시키는 조리개를 의미한다. 몇몇 실시예들에서, 선단 에지에 영향을 주지 않으면서 가파른 후단 에지 경사(즉, TDX 공정 동안에 재 용융되지 않을 재료에 대응하는 에지)를 갖는 빔 프로파일을 형성하기 위하여, 도 2 및 도 4에 도시된 조리개들의 쌍 대신에, 빔 조리개 에지의 형태를 조절하도록 제어되는 액추에이터인 단일한 단축 조리개(38)가 사용될 수도 있다.
도 2는 또한, 상기 광학 모듈(28)이 빔 경로(42)를 따라 빔 조리개(38a,38b) 로부터 광을 수광하는 단축 포커싱/장축 확장 광학 유닛(40)을 포함할 수 있다는 점을 도시한다. 통상적으로, 빔은 초기에 상기 빔 조리개(38a,38b)에 있는 또는 그 부근에 있는 평면에 포커싱되며 그런 후 이 초점 평면은 소망하는 강도 프로파일을 박막(12)에 형성하기 위해 (단축 포커싱/장축 확장 광학 유닛(40)에 의해) 단축 방향으로 결상될 수 있다. 한 구현예에서, 박막(12)에서의 소망하는 강도 프로파일은 약 3-4㎛의 빔폭(FWHM), 프로파일의 평평한 상단부를 따라 약 5%보다 우수한 강도 균일성, 및 전체 강도의 10% 내지 90% 사이에서 약 3㎛보다 작을 수 있는 가파른 에지 경사들을 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8은, 상기 조리개(38)의 하나 이상의 부분/세그먼트들의 이동이 기준 평면에 수직한 방향으로 상기 포커싱된 라인 빔의 대응하는 부분의 이동을 초래한다는 점을 도시한다. 보다 상세하게 설명하면, 빔 경로(42)를 따른 조리개(38)의 하나 이상의 부분/세그먼트들의 변위는 박막(12)에서의 이미지의 시프트를 가져온다. 예컨대, 한 광학적 설정에서, 약 1mm의 변위는 약 16 내지 20㎛의 박막(12)에서의 이미지의 시프트를 가져온다. 도 7은 장축 방향으로 상대적으로 곧은 초점 깊이(DOF)를 갖는 라인 빔(34)을 도시한다. 이러한 라인 빔은, 모든 세그먼트들(52a-52c, 56a-56c)이 정렬되어 있으며 빔 조리개(38a,38b)들이 곧은 에지(54, 56)를 갖는 빔 조리개들(38a,38b)(도 4)의 구성에 대응한다. 한편, 도 8은 장축을 따라 시프트된(즉, 곧지 않은) 부분을 포함하며, 장축 방향의 띠가 불규칙한 프로파일을 갖는 박막(12)과 일치하는 초점 깊이(DOF)를 갖는 라인 빔(34')을 도시한다. 상기 라인 빔(34')은 하나 이상의 세그먼트(52a-52c, 56a-56c)가 다른 세그먼 트들에 대해 이동되어 있는(도 5 및 도 6 참조) 빔 조리개들(38a,38b)(도 4)의 구성에 대응한다.
본 기술 분야의 당업자라면, 위에서 개시된 본 발명의 실시예들의 유형들이 본 발명의 개시를 한정하기 위한 것이 아니라 특히 특정한 바람직한 실시예만으로 한정하기 위한 것이 아니라 단지 바람직한 실시예들인 것으로 의도되었다는 점을 이해할 것이다. 본 기술 분야의 당업자는, 개시된 발명의 실시예들의 개시된 유형들에 대해 많은 변화 및 변형들이 이루어질 수 있다는 점을 이해하고 예상할 것이다. 첨부된 청구범위는 그 범위에 있어서 본 발명의 실시예들의 개시된 유형들 뿐만 아니라 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 그러한 등가물 및 다른 변형 및 변화들을 포함하도록 의도되어 있다. 35 U.S.C. 112를 만족하도록 요구된 상세함으로 본 특허 출원에서 설명되고 개시된 "라인 빔으로서 성형된 레이저와 기판 위에 형성된 박막 사이의 상호 작용을 구현하기 위한 시스템 및 방법"의 실시예들의 특정 유형들은 해결되어야 할 또는 어떤 다른 이유로 인한 문제들에 대한 위에서 기술한 목적들 또는 위에서 기술된 실시예(들)의 유형들의 목적들을 전적으로 달성할 수 있지만, 본 발명의 기술된 실시예들의 현재 설명된 유형들은 본 발명에 의해 넓게 의도된 청구대상을 단지 예시적으로 나타낸다는 점을 본 기술 분야의 당업자는 이해할 것이다. 현재 기술되고 청구된 실시예들의 유형들의 범위는 본 명세서의 시사를 기초로 본 기술 분야의 당업자에게 명백한 또는 명백하게 될 수 있는 다른 실시예들을 모두 포함한다. "라인 빔으로서 성형된 레이저와 기판 위에 형성된 박막 사이의 상호 작용을 구현하기 위한 시스템 및 방법"의 범위는 첨부된 청구범위의 언 급을 넘지 않고 첨부된 청구범위에 의해서만 전적으로 그리고 완전하게 한정된다. 청구범위에서 단수형으로 구성요소를 나타낸 것은, "하나 이상"이라고 언급하는 대신 단 하나라고 명확하게 언급하지 않은 이상, 그러한 청구범위의 구성요소를 "단 하나"인 것으로 해석하도록 의도된 것은 아니다. 본 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있거나 또는 후에 공지될 실시예(들)의 상기 기술된 유형들의 어떠한 구성요소들의 모든 구조적 기능적 등가물들도 참조에 의해 여기에 명백히 통합되며 본 청구범위에 의해 포괄되도록 의도된다. 본 출원의 명세서 및/또는 청구범위에서 사용되고 상기 명세서 및/또는 청구범위에서 명확하게 의미가 주어진 용어는, 그러한 용어에 대한 사전적 또는 다른 공통적으로 사용되는 의미에도 불구하고, 그 주어진 의미를 가질 것이다. 한 실시예의 어느 한 유형으로서 본 명세서에서 논의된 장치 또는 방법이, 본 출원에서 설명된 실시예들의 유형들에 의해 해결될 모든 문제를 빠짐 없이 다루거나 그것이 본 청구범위에 의해 포괄되도록 할 의도나 필요성은 없다. 본 개시에서 어떠한 구성요소, 성분 또는 방법 단계도, 그 구성요소, 성분 또는 방법 단계가 청구범위에 명확하게 언급되었는지에 관계 없이, 공중에게 바쳐질 의도가 없다. 첨부된 청구범위에 있는 어떠한 청구범위의 구성요소도, 그 구성요소가 "~기 위한 수단" 구문을 사용하여 명백히 언급되지 않은 이상, 또는 방법 청구범위의 경우에, 그 구성요소가 "작용" 대신 "단계"로서 언급되지 않은 이상, 35 U.S.C. 112 여섯 번째 단락의 규정 하에 해석되지 않는다.

Claims (20)

  1. 비평면인 표면을 갖는 박막과의 상호 작용을 위한 라인 빔으로서 레이저 광을 성형하기 위한 시스템에 있어서,
    에지를 형성하는 빔 조리개;
    상기 박막의 표면 상의 선택된 점과 기준 평면 사이의 거리를 측정하고 이를 나타내는 신호를 생성하는 센서; 및
    상기 빔 조리개와 결합되며 상기 신호에 응답하여 상기 에지의 적어도 일부를 이동시켜 포커싱된 라인 빔의 적어도 일부를 상기 기준 평면에 수직한 방향으로 시프트시키는 액추에이터;를 포함하고,
    상기 빔 조리개는 상기 에지를 함께 형성하는 독립적으로 이동 가능한 다수의 빔 조리개 세그먼트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 다수의 센서들을 포함하며, 각각의 상기 센서는 상기 박막의 표면 상의 각각의 점과 기준 평면 사이의 거리를 측정하고 이를 나타내는 각각의 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시스템은 다수의 액추에이터들을 포함하며, 각각의 상기 액추에이터는 상기 각각의 빔 조리개 세그먼트와 결합되며 각각의 센서로부터의 신호에 응답하여 상기 에지의 일부를 이동시켜 상기 포커싱된 라인 빔의 대응하는 부분을 상기 기준 평면에 수직한 방향으로 시프트시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서는 자동 초점 센서인 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 조리개는 상기 에지를 형성하는 모노리식 빔 조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시스템은 다수의 센서들을 포함하며, 각각의 상기 센서는 상기 박막의 표면 상의 각각의 점과 기준 평면 사이의 거리를 측정하고 이를 나타내는 각각의 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 에지는 곡면을 형성하고, 상기 시스템은 다수의 액추에이터들을 포함하 며, 각각의 상기 액추에이터는 빔 조리개의 일부분과 결합되며 각각의 센서로부터의 신호에 응답하여 상기 에지의 곡면을 변화시켜 상기 포커싱된 라인 빔의 대응하는 부분을 상기 기준 평면에 수직한 방향으로 시프트시키는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 조리개는 제 1 빔 조리개이며, 상기 시스템은 에지를 형성하는 제 2 빔 조리개 및 상기 제 2 빔 조리개와 결합되며 상기 신호에 응답하여 제 2 빔 조리개 에지의 적어도 일부를 이동시켜 상기 포커싱된 라인 빔의 적어도 일부를 상기 기준 평면에 수직한 방향으로 시프트시키는 액추에이터를 더 포함하고, 상기 제 2 빔 조리개 에지는 상기 제 1 빔 조리개 에지로부터 떨어져 있어서 그들 사이에 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 조리개는 반사식 조리개인 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 조리개는 흡수식 조리개인 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔 조리개는 굴절식 조리개인 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 비평면인 표면을 갖는 박막과의 상호 작용을 위한 라인 빔으로서 레이저 광을 성형하기 위한 시스템에 있어서,
    빔 조리개;
    상기 박막의 표면 상의 각각의 선택된 점들의 각각의 위치를 측정하고 이를 나타내는 각각의 신호들을 생성하는 다수의 센서; 및
    각각 상기 빔 조리개와 결합되며 대응하는 센서로부터의 신호에 응답하여 상기 빔 조리개의 적어도 일부를 편향시켜 상기 포커싱된 라인 빔의 대응하는 부분을 상기 박막에 대해 시프트시키는 다수의 액추에이터;를 포함하고,
    상기 센서들은 자동 초점 센서들인 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 빔 조리개는 독립적으로 이동 가능한 다수의 빔 조리개 세그먼트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 삭제
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 빔 조리개로부터의 광을 상기 박막에 포커싱하기 위한 광학기기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 비평면인 표면을 갖는 박막과의 상호 작용을 위한 포커싱된 라인 빔으로서 레이저 광을 성형하기 위한 방법에 있어서,
    에지를 형성하기 위한 빔 조리개를 제공하는 것;
    상기 박막의 표면 상의 선택된 점과 기준 평면 사이의 거리를 측정하여 이를 나타내는 신호를 생성하는 것; 및
    상기 신호에 응답하여 상기 에지의 적어도 일부를 이동시켜 상기 포커싱된 라인 빔의 적어도 일부를 상기 기준 평면에 수직한 방향으로 시프트시키는 것;을 포함하고,
    상기 박막의 표면 상의 선택된 점과 기준 평면 사이의 거리를 측정하여 이를 나타내는 신호를 생성하는 것은 자동 초점 센서에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 빔 조리개는 독립적으로 이동 가능한 다수의 빔 조리개 세그먼트들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 삭제
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 빔 조리개는 모노리식 빔 조리개를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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